Analysis and optimization of process parameters for the manufacturing of forged and rolled rings using 18CrNiMo7-6 case hardening steel

Over the last years, the ecological politics increase has made the renewable energy production systems even more interesting, renewable systems which request products featuring the best mechanical characteristics. All this created the need to optimize the manufacturing processes in companies so that maximum efficiency is ensured within the sector by improving the fatigue life in the mechanical components and reducing any degradation caused by wear. The aim is to minimize the maintenance operations as far as possible, mainly for offshore infrastructures. Among the most valued metallic materials in European production for the wind power sector, forged and rolled rings in carburizing steel 18CrNiMo7-6 ensure excellent fatigue and wear resistance during operation, representing an ideal choice for producing large dimensions gears. The optimization process for the manufacture of carburizing steel 18CrNiMo7-6 will be done in two steps. First, there is the development of a detailed manufacturing plan on the parameters of treatment; various process maps are going to be adopted, with specific modifications regarding the temperature of deformation and the descending speed of the hydraulic press main piston directly associated with the workpiece's deformation rate. Subsequently, the processing is done by hot deformation with a radial-axial rolling system, followed by an heat treatment characterized by quenching and tempering. The second part deals with the metallographic investigations, putting into evidence the evolution of crystalline grain as a function of the executed thermomechanical processes, revealing the distribution of prior austenite grains size in different interest areas by micrographic observation, while the electronic microscopy done by SEM will highlight, on selected samples, the Kernel Average Misorientation, distribution of misorientation angles, residual austenite, allowing to understand the preferential kind of dynamic recrystallization in different zones of interest along the extensions of the ring.

Negli ultimi anni il crescente orientamento alle politiche ecologiche ha fatto si che l’interesse verso i sistemi di produzione di energia rinnovabile aumentasse, richiedendo prodotti aventi caratteristiche meccaniche qualitativamente superiori, da qui scaturisce dunque la necessità di ambire ad un’ottimizzazione dei processi di manifattura aziendali, per garantire la massima efficenza nel campo, ovvero assicurare una miglior vita a fatica delle componenti meccaniche riducendone inoltre la degradazione dovuta a fenomeni di usura, per poter infine ridurre la frequenza di interventi di manutenzione nelle infrastrutture in particolare off-shore. Gli anelli forgiati e laminati in acciaio da carbocementazione 18CrNiMo7-6 rappresentano uno tra i più importanti materiali metallici nella produzione europea del settore eolico, fornendo ottime prestazioni a fatica ed ad usura nel corso del suo utilizzo, rappresentando così un’ottimo candidato per lo sviluppo di ingranaggi di grandi dimensioni. Durante la prima fase inerente l’ottimizzazione dei processi di manifattura di anelli forgiati e laminati a caldo in acciaio da carbocementazione18CrNiMo7-6, l’attenzione è rivolta alla pianificazione dei diversi parametri di lavorazione, prendendo come riferiremento diverse mappe di processo, manipolando in particolare temperatura di deformazione e la velocità di discesa del cilindro principale della pressa idraulica la quale ha una diretta correlazione con la velocità di deformazione del manufatto, procedendo poi mediante deformazione a caldo attraverso un laminatoio radiale-assiale seguita infine dal trattamento termico di tempra e rinvenimento(bonifica). La seconda parte dell’esperienza racchiude le indagini metallografiche atte ad evidenziare l’evoluzione della grana cristallina in funzione delle precedenti lavorazioni termomeccaniche, fornendo indicazioni sulla distribuzione di quest’utlima in funzione di diverse regioni d’interesse ed evidenziando la tipologia di ricristallizazione dinamica preferenziale nei diversi punti d’interesse dei prolungamenti di anello considerati.